JP2793241B2 - SOI formation method - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、SOI形成法に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an SOI forming method.
［発明の概要］ 本発明は、シリコン基板をエッチングしてシリコン膜
の種となる部分を形成し、形成された種となる部分を除
いて、二酸化シリコンなど酸化膜を形成し、その後金属
膜を形成し、形成された金属膜と種となる部分に非晶質
シリコン膜を形成し、その後、金属膜を化学的に除去
し、金属膜を除去した後、非晶質シリコン膜を結晶化す
るようにして、シリコン基板と酸化シリコン膜の界面に
発生する結晶核に起因する単結晶化を防止できるように
し、シリコンと酸化シリコンの熱膨張差に起因する歪や
欠陥の導入を防止できるようにしたものである。[Summary of the Invention] In the present invention, a silicon substrate is etched to form a portion serving as a seed of a silicon film, and an oxide film such as silicon dioxide is formed except for the portion serving as a seed formed. Forming, forming an amorphous silicon film on a seed portion with the formed metal film, then chemically removing the metal film, removing the metal film, and crystallizing the amorphous silicon film In this way, it is possible to prevent single crystallization caused by crystal nuclei generated at the interface between the silicon substrate and the silicon oxide film, and to prevent introduction of strain and defects caused by a difference in thermal expansion between silicon and silicon oxide. It was done.
［従来の技術］ シリコン３次元集積デバイス作成上の基本であるSOI
（ｓilicon ｏn ｉnsulator）形成法、すなわち、SiO2
等の絶縁膜上に単結晶Siを形成する方法としては、
（１）シリコン（以下、Siと略記する）基板に酸素をイ
オン注入法により注入し、Si基板内深部に二酸化シリコ
ン（以下、SiO2と略記する）絶縁層を形成する方法（SI
MOX）、（２）Si基板上に別に作成したSi単結晶薄膜を
貼り合わせる方法、（３）気相でSiO2上にエピタキシャ
ル成長させる方法等の、デバイスの立体集積化，微細
化，単結晶化に適さない方法を除けば、次の（ａ），
（ｂ）に大別される。[Prior art] SOI, which is the basis for making silicon 3D integrated devices
(S ilicon o n i nsulator) forming method, that is, SiO 2
As a method of forming single-crystal Si on an insulating film such as
(1) A method in which oxygen is implanted into a silicon (hereinafter abbreviated as Si) substrate by an ion implantation method, and a silicon dioxide (hereinafter abbreviated as SiO 2 ) insulating layer is formed deep inside the Si substrate (SI
MOX), (2) Three-dimensional integration, miniaturization, and single crystallization of devices, such as a method of bonding a separately formed Si single crystal thin film on a Si substrate, and (3) a method of epitaxially growing SiO 2 in a gas phase. The following (a), except for the method that is not suitable for
(B).
（ａ）SiO2上に堆積された非晶質または多結晶Siを、レ
ーザビーム、電子ビーム、イオンビーム等のエネルギー
ビームか、あるいは、線状カーボンヒータを用いて融解
−再結晶化させる方法。(A) A method of melting and recrystallizing amorphous or polycrystalline Si deposited on SiO 2 using an energy beam such as a laser beam, an electron beam, an ion beam, or a linear carbon heater.
（ｂ）電気炉等で、600℃程度の温度で固相エピタキシ
ャル成長させる方法。(B) A method of performing solid phase epitaxial growth at a temperature of about 600 ° C. in an electric furnace or the like.
［発明が解決しようとする課題］ しかし、（ａ）の方法によると、SiとSiO2は熱伝導
度、熱膨張係数等の熱特性が相違する、すなわち、Siは
SiO2に対して、熱伝導度は約100倍、線熱膨張係数は約1
0倍であるので、熱歪が生じ、熱歪に起因して結晶薄膜
に多量の欠陥が導入されるとともに、Si/SiO2界面に結
晶核が発生し、単結晶化が妨げられるという問題点があ
った。[Problems to be Solved by the Invention] However, according to the method (a), Si and SiO 2 have different thermal characteristics such as thermal conductivity and thermal expansion coefficient.
Thermal conductivity is about 100 times that of SiO 2 and linear thermal expansion coefficient is about 1
Since it is 0 times, thermal strain occurs, a large amount of defects are introduced into the crystal thin film due to the thermal strain, and crystal nuclei are generated at the Si / SiO 2 interface, thereby preventing single crystallization. was there.
このような問題点を解決する方法としては、種結晶か
ら、SiO2上、横方向に、長距離に亘って、再結晶させる
方法があるが、この方法は、エネルギービームの形状、
エネルギー分布、走査速度等、照射条件、最適結晶方
位、レーザ光反射防止膜からなるストライプパターン等
を考慮する必要があり、構造設計が複雑になるという問
題点があった。As a method of solving such a problem, there is a method of recrystallizing a seed crystal on SiO 2 in a lateral direction over a long distance.
It is necessary to consider energy distribution, scanning speed, irradiation conditions, optimum crystal orientation, stripe pattern made of a laser beam anti-reflection film, and the like, and there is a problem that the structural design becomes complicated.
他方、（ｂ）の方法も（ａ）の方法と同様の問題点を
有するため、横方向結晶化距離は最大10μｍに留まり、
それ以上長く結晶化できないという問題点があった。On the other hand, the method (b) has the same problems as the method (a), so that the lateral crystallization distance is limited to a maximum of 10 μm,
There was a problem that crystallization could not be performed longer.
本発明の目的は上記のような問題点を解決し、Si/SiO
2界面に発生する結晶核に起因する結晶化を防止でき、
かつ、SiとSiO2の熱膨張差に起因する歪や欠陥の導入を
防止できるSOI形成法を提供することにある。An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to improve the Si / SiO
Prevents crystallization due to the crystal nuclei generated at the second interface,
Another object of the present invention is to provide an SOI forming method capable of preventing the introduction of strain and defects due to the difference in thermal expansion between Si and SiO 2 .
［課題を解決するための手段］ このような目的を達成するため、本発明は、次の
（ａ）〜（ｆ）の工程を備えたことを特徴とする。[Means for Solving the Problems] In order to achieve such an object, the present invention is characterized by including the following steps (a) to (f).
（ａ）シリコン基板をエッチングしてシリコン膜の種と
なる部分を形成する工程、 （ｂ）前記種となる部分を除いて、シリコン基板上に、
まず、二酸化シリコン絶縁膜を形成し、その後、金属を
堆積させて金属膜を形成する工程、 （ｃ）形成した金属膜および前記種となる部分上に、非
晶質シリコンを堆積させて非晶質シリコン膜を形成する
工程、 （ｄ）形成された非晶質シリコン膜を貫く溝を形成する
工程、 （ｅ）形成した溝を介して前記金属膜を化学的に除去す
る工程、 （ｆ）前記金属膜除去後、前記種となる部分に種にして
前記非晶質シリコン膜を結晶化する工程。(A) a step of etching a silicon substrate to form a portion serving as a seed of a silicon film; and (b) excluding the portion serving as the seed, on the silicon substrate,
First, a silicon dioxide insulating film is formed, and then a metal is deposited to form a metal film. (C) Amorphous silicon is deposited and amorphous on the formed metal film and the seed portion. (D) forming a groove penetrating the formed amorphous silicon film; (e) chemically removing the metal film through the formed groove; (f) Crystallizing the amorphous silicon film by using the seed portion as a seed after removing the metal film.
［作 用］ 本発明では、シリコン基板をエッチングしてシリコン
膜の種となる部分を形成し、種となる部分を除いて、シ
リコン基板上に金属を堆積させて金属膜を形成し、形成
した金属膜および前記種となる部分上に、非晶質シリコ
ン膜を堆積させて非晶質シリコン膜を形成し、形成した
非晶質シリコン膜を貫く溝を形成し、形成した溝を介し
て金属膜を化学的に除去し、金属膜を除去した後、非晶
質シリコン膜を種となる部分を種にして結晶化する。[Operation] In the present invention, a portion serving as a seed of a silicon film is formed by etching a silicon substrate, and a metal film is formed by depositing a metal on the silicon substrate except for the portion serving as a seed. On the metal film and the seed portion, an amorphous silicon film is deposited to form an amorphous silicon film, a groove is formed through the formed amorphous silicon film, and a metal is formed through the formed groove. After the film is chemically removed and the metal film is removed, the amorphous silicon film is crystallized by using the seed portion as a seed.
［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明す
る。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
第１図は本発明を実施して得られた構造を示す。 FIG. 1 shows a structure obtained by implementing the present invention.
（１）Si基板１をSi膜の種となる部分２を除いてメサエ
ッチングする。この工程により得た構造を第１図（ａ）
に示す。(1) Mesa etching is performed on the Si substrate 1 except for a portion 2 serving as a seed of the Si film. The structure obtained by this step is shown in FIG.
Shown in
（２）メサエッチング後、Si膜の種となる部分２を除い
た領域にSiO2膜３を形成する。この工程により得た構造
を第１図（ｂ）に示す。(2) After the mesa etching, an SiO 2 film 3 is formed in a region excluding the portion 2 serving as a seed of the Si film. The structure obtained by this step is shown in FIG.
（３）形成したSiO2膜３上に金属膜４を形成する。この
工程により得た構造を第１図（ｃ）に示す。(3) A metal film 4 is formed on the formed SiO 2 film 3. The structure obtained by this step is shown in FIG.
この金属膜４は次の特性を有する。 This metal film 4 has the following characteristics.
（ａ）次の非晶質Si膜形成時の温度（500℃〜600℃）
でも安定している。(A) Temperature for forming the next amorphous Si film (500 ° C to 600 ° C)
But stable.
（ｂ）Si膜内に拡散しにくい。 (B) Difficult to diffuse into the Si film.
（ｃ）Si内で電気的に活性とならない。 (C) It does not become electrically active in Si.
（ｄ）熱膨張係数がSiに近い。 (D) Thermal expansion coefficient is close to that of Si.
このような特性を有する金属としては、タリウム（T
a）、チタン（Ti）等がある。As a metal having such characteristics, thallium (T
a) and titanium (Ti).
（４）形成した金属膜４およびSi膜の種となる部分２上
に非晶質Siを堆積させて非晶質Si膜５を形成する。この
工程により得られた構造を第１図（ｄ）に示す。(4) Amorphous Si is deposited on the formed metal film 4 and the portion 2 serving as a seed of the Si film to form an amorphous Si film 5. The structure obtained by this step is shown in FIG.
（５）形成した非晶質Si膜５にストライプ状の溝（また
は、ホール）６を形成し、形成した溝を介して金属膜４
を化学的に溶解して除去する。この工程により得られた
構造を第１図（ｅ）に示す。(5) A stripe-shaped groove (or hole) 6 is formed in the formed amorphous Si film 5, and the metal film 4 is formed through the formed groove.
Is chemically dissolved and removed. The structure obtained by this step is shown in FIG.
（６）金属膜４を除去した後、電気炉等で、Si膜の種と
なる部分２を種として、非晶質Si膜５を焼鈍して結晶化
する。この工程により得られた構造を第１図（ｆ）に示
す。(6) After removing the metal film 4, the amorphous Si film 5 is annealed and crystallized in an electric furnace or the like using the portion 2 serving as a seed of the Si film as a seed. FIG. 1 (f) shows the structure obtained by this step.
本実施例では、このようにしたので、非晶質Si膜５の
結晶化が下地（SiO2膜３）の影響を受けずに進行し、完
全性の高い結晶膜が形成される。In this embodiment, since this is done, the crystallization of the amorphous Si film 5 proceeds without being affected by the underlayer (SiO 2 film 3), and a crystal film with high integrity is formed.
また、金属膜４の金属として、チタンを用いた場合
は、そのゲッタリング効果により、Si膜中の不純物が低
減され、結晶化を促進することができる。When titanium is used as the metal of the metal film 4, impurities in the Si film are reduced by the gettering effect, and crystallization can be promoted.
さらに、非晶質Si膜５をSiO2膜３から分離するように
したので、再結晶化時、SiO2からSiに酸素が拡散混入さ
れない。Further, since the amorphous Si film 5 is separated from the SiO 2 film 3, oxygen is not diffused into Si from SiO 2 during recrystallization.
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、SiをSiO2から
分離するようにしたので、Si/SiO2界面に結晶核は発生
せず、結晶核に起因する結晶化を防止できるという効果
がある。As has been described [Effects of the Invention According to the present invention, since the separating Si from SiO 2, Si / SiO 2 interface in the crystal nucleus is not generated, the crystallization due to the crystal nuclei There is an effect that it can be prevented.
また、SiをSiO2から分離するようにしたので、SiとSi
O2の熱膨張差に起因する歪や欠陥の導入を防止すること
ができるという効果がある。Also, since Si was separated from SiO 2 , Si and Si
There is an effect that it is possible to prevent the introduction of distortion and defects due to the difference in thermal expansion of O 2 .
第１図は本発明を実施して得られた構造を示す。 １……Si基板、 ２……種になる部分、 ３……SiO2膜、 ４……金属膜、 ５……非晶質Si膜、 ６……溝。FIG. 1 shows a structure obtained by implementing the present invention. 1... Si substrate, 2... Seeds, 3... SiO 2 film, 4... Metal film, 5... Amorphous Si film, 6.
フロントページの続き (72)発明者 阿部 正英 東京都世田谷区砧１丁目10番11号 日本 放送協会放送技術研究所内 (56)参考文献 特開 平１−120047（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−93226（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/20Continuation of the front page (72) Inventor Masahide Abe 1-10-11 Kinuta, Setagaya-ku, Tokyo Japan Broadcasting Corporation Research Institute of Broadcasting Technology (56) References JP-A-1-10047 (JP, A) JP-A-58- 93226 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H01L 21/20
Claims (1)
特徴とするSOI形成法。 （ａ）シリコン基板をエッチングしてシリコン膜の種と
なる部分を形成する工程、 （ｂ）前記種となる部分を除いて、シリコン基板上に、
まず、二酸化シリコン絶縁膜を形成し、その後、金属を
堆積させて金属膜を形成する工程、 （ｃ）形成した金属膜および前記種となる部分上に、非
晶質シリコンを堆積させて非晶質シリコン膜を形成する
工程、 （ｄ）形成された非晶質シリコン膜を貫く溝を形成する
工程、 （ｅ）形成した溝を介して前記金属膜を化学的に除去す
る工程、 （ｆ）前記金属膜除去後、前記種となる部分を種にして
前記非晶質シリコン膜を結晶化する工程。1. An SOI forming method comprising the following steps (a) to (f). (A) a step of etching a silicon substrate to form a portion serving as a seed of a silicon film; and (b) excluding the portion serving as the seed, on the silicon substrate,
First, a silicon dioxide insulating film is formed, and then a metal is deposited to form a metal film. (C) Amorphous silicon is deposited and amorphous on the formed metal film and the seed portion. (D) forming a groove penetrating the formed amorphous silicon film; (e) chemically removing the metal film through the formed groove; (f) A step of crystallizing the amorphous silicon film using the seed portion as a seed after the removal of the metal film.
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|---|---|---|---|
| JP8687989A JP2793241B2 (en) | 1989-04-07 | 1989-04-07 | SOI formation method |
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| JPH02266513A JPH02266513A (en) | 1990-10-31 |
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